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基于OPC及模糊控制的污水曝气监控系统的研究与设计

作　者: 周威
导　师: 梁昔明
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: OPC技术 模糊控制 污水曝气 溶解氧 iFIX组态
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着现代工业日趋大型化和复杂化,对控制系统的要求也越来越高。一方面由于现代工业系统硬件设备越来越多,要求系统具备信息开放性和可继承开发性；另一方面由于现代工业过程的复杂性,要求控制算法易于实现且不依赖系统的精确模型。针对这一问题,本文提出并设计了一种基于OPC技术的污水曝气模糊控制系统。首先,分析了中山市某污水处理厂的污水处理工艺,以及曝气过程工艺,结合系统实施的可行性、效率及工程造价,提出了采用PLC和变频器的电气控制方案：控制器选用西门子PLC-200,控制变频器供电频率,进而调节鼓风机转速,影响曝气量,最终达到对生化池出水溶解氧浓度的定值控制。接着,重点设计了污水曝气模糊控制系统,即模糊控制系统在污水曝气过程中的应用。模糊控制系统设计的核心是模糊控制器的设计,包括选择论域,确定隶属度函数,制定模糊控制规则,最终生成了模糊控制查询表。而后,提出了污水曝气过程的数学模型,并比较了PID控制与模糊控制的控制效果,MATLAB仿真实验表明,模糊控制无超调、调节时间更短。最后,本文设计了污水曝气监控系统。该系统建立在iFIX组态软件平台上,通过工业以太网及OPC实现上下位机的数据交互。在iFIX内置的基于VB的调度中,编程实现了模糊控制算法。通过历史数据的记录,绘制出出水溶解氧浓度和变频输出历史曲线。分析这些数据得出,相对于经典PID控制,采用模糊控制,出水溶解氧浓度平均误差更小,变频输出的均方差更小。换言之,模糊控制的控制精度更高、更平稳,模糊控制的确能够提高控制系统性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 智能控制系统概述  8-9
  1.2 OPC技术简介  9-11
    1.2.1 OPC技术发展现状  9-10
    1.2.2 OPC在工业自动化领域的应用  10-11
  1.3 模糊控制简介  11-13
    1.3.1 模糊控制的产生及发展  11-12
    1.3.2 模糊控制技术的研究状况  12-13
  1.4 课题来源及论文主要内容  13-14
第二章 中山市某污水处理厂工艺  14-22
  2.1 处理厂污水概述  14-16
    2.1.1 污水的分类  14-15
    2.1.2 污水中的主要污染物  15
    2.1.3 污水水质指标  15-16
  2.3 污水处理工艺  16-17
    2.3.1 单元污水处理工艺  16-17
    2.3.2 污水处理技术  17
  2.4 中山市坦洲处理厂工艺流程  17-21
    2.4.1 污水处理系统流程  18-19
    2.4.2 A~2/O法工艺简介  19-20
    2.4.3 污水曝气过程工艺  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 污水曝气模糊控制系统设计  22-37
  3.1 模糊控制系统基本原理  22-24
  3.2 模糊控制系统设计方法  24-32
    3.2.1 模糊控制器结构选取  24-26
    3.2.2 模糊控制器的设计  26-32
  3.3 模糊控制在污水曝气系统中的应用  32-36
    3.3.1 污水曝气模糊控制系统概述  32-33
    3.3.2 论域选择与标度变换  33
    3.3.3 隶属度函数的确定  33-35
    3.3.4 模糊控制规则与模糊决策  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 OPC技术基础  37-44
  4.1 OPC的数据访问方式  37-38
  4.2 COM组件  38-39
  4.3 OPC的对象与接口  39-41
  4.4 OPC技术规范  41-43
    4.4.1 OPC主要规范  41-42
    4.4.2 OPC数据存取规范  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章 污水曝气监控系统架构  44-67
  5.1 曝气系统电气控制方案  44-49
    5.1.1 仪表设备的选型  45-47
    5.1.2 系统的工作模式  47-49
  5.2 污水曝气监控系统下位机设计  49-52
    5.2.1 PLC控制程序设计  49-50
    5.2.2 以太网通信设置  50-52
  5.3 污水曝气监控系统上位机设计  52-57
    5.3.1 组态软件iFIX的OPC连接  52-55
    5.3.2 系统监控界面的iFIX组态  55-57
  5.4 模糊控制系统的MATLAB仿真  57-62
    5.4.1 模糊控制器的生成  57-59
    5.4.2 曝气过程的数学模型  59-60
    5.4.3 污水曝气模糊控制系统仿真  60-62
  5.5 模糊控制算法的上位机实现及结果分析  62-66
    5.5.1 模糊控制算法的iFIX嵌入  62-64
    5.5.2 污水曝气监控系统历史数据分析  64-66
  5.6 本章小结  66-67
总结与展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间主要研究成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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